不等跨預應力混凝土單箱雙室連續箱梁橋荷載試驗分析

吳騰飛

(福建船政交通職業學院，福州 350007)

1 工程背景

某橋跨地方溪流，跨A 匝道橋、B 匝道橋、H 匝道橋、M 匝道橋，中心樁號DK00+659.500，橋長906.0m，橋寬12m。 上部結構采用3×(3×40)m 連續剛構T 梁+5×30m 連續剛構T 梁+4×30m 連續剛構T 梁+(41.5+43+41.5)m 連續現澆箱梁+(35.5+38.5+35.5+35.5)m 連續現澆箱梁，下部結構采用柱式墩配樁基、箱墩配樁基；終點臺采用U 臺配擴基。 橋梁位于平面曲線段內，T 梁按直梁設置，通過調整翼緣長度以適應曲線線形， 墩臺基礎均為徑向布置。 終點臺設置一道D-80 伸縮縫， 交接墩0#、3#、6#、9#、14#、18#、21# 處各設置一道D-160 型伸縮縫。 終點臺處設8m 搭板。 預制梁、濕接縫、連續段均為C50 混凝土，蓋梁、墩柱均為C30 混凝土。 設計荷載：公路-I 級。詳見圖1。

圖1 某橋結構布置圖(單位：m)

2 荷載試驗結果及分析

2.1 靜載試驗

2.1.1 靜載試驗工況及檢驗對象

最大試驗荷載為設計標準規定的荷載：公路-I 級。 汽車可變荷載作用參考《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2015)相關規定。 本次試驗根據該橋施工設計圖紙，應用MIDAS 計算軟件進行建模計算，橋梁模型如圖2 所示。

圖2 模型計算圖

依據橋跨結構所得的活載內力包絡圖及外觀檢查結果，選擇第23、25 跨進行試驗。 具體如表1 所示，各跨主要測試截面如圖3 所示。

表1 靜載試驗測試內容

圖3 試驗測試截面示意圖(單位：m)

2.1.2 測點布置

控制截面的應變測點如圖4 所示， 撓度測點如圖5所示。

圖4 各控制截面應變測點布置圖(單位：m)

圖5 各控制截面撓度測點銦鋼尺布置圖

2.1.3 靜載試驗效率

由表2 可知，該橋的靜載試驗荷載效率η 滿足《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015) 的靜力荷載效率規定要求，即0.85≤η≤1.05。

表2 靜力試驗荷載效率計算一覽表

2.1.4 靜載試驗結果與分析

在試驗加載工況作用下， 各控制截面的實測撓度及其與理論計算值的比較見表3。 實測應變及其與理論計算值的比較見表4 所示， 箱梁截面應變值沿高度分布見表5。

從表中可以看出，第23 跨跨中截面撓度校驗系數為0.68～0.69，應變校驗系數為0.83～0.88；第25 跨最大正彎矩截面撓度校驗系數為0.64～0.66， 應變校驗系數均為0.81～0.84；23# 墩支點負彎矩截面應變校驗系數為0.81～0.86。 各測試截面撓度及應變校驗系數均小于或處于《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015) 規定的常值范圍(0.70～1.00)，相對殘余撓度均小于《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015)規定限值20%。

表3 各控制截面撓度分析表

表4 各控制截面應變分析表

表5 應變沿梁高分布數值分析表

實測得到箱梁各控制截面中性軸位置與理論計算的截面中性軸位置基本相同，且應變沿梁高呈線性變化，梁片處于彈性受力狀態。

2.2 動載試驗

2.2.1 自振特性試驗工況

采用脈動法(環境隨機振動法)，通過脈動試驗，測定橋跨結構的豎向自振頻率，了解橋跨結構豎向自振特性。在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規則振源的情況下，測定橋跨結構由于橋址處風荷載、地脈動等隨機荷載激振而引起的橋跨結構微小振動響應， 測試橋跨結構自振頻率和振型，以分析橋跨結構自振特性。

2.2.2 自振特性試驗結果

在各跨八分點位置橋面上置放脈動測點傳感器，實測的信號經FFT 分析、模態分析，得到大橋左幅第三聯自振特性前2 階自振頻率及其振型。 實測與理論自振頻率及振型如圖6～9 所示。

自振特性試驗表明， 該聯實測豎向1 階和豎向2 階自振頻率分別為3.94Hz 和4.84Hz， 大于理論計算值3.45Hz 和4.20Hz，阻尼比分別為1.81%和2.48%，實測振型和理論振型一致。

圖6 實測1 階豎向振型圖

圖7 計算模型1 階豎向振型圖

圖8 實測2 階豎向振型圖

圖9 計算模型2 階豎向振型圖

2.2.3 無障礙行車試驗工況

采用1 輛靜載試驗載重汽車以10km/h～30km/h 不同的車速通過橋跨結構， 應用INV3062C 信號采集處理分析儀測試第25 跨最大正彎矩截面的動應變，分析其沖擊系數。行車試驗測點布置在第25 跨最大正彎矩截面箱梁梁底。

2.2.4 無障礙行車試驗結果

在不同車速情況下，第25 跨最大正彎矩截面的實測數據見圖10。

圖10 不同車速情況下跑車試驗應變時程圖

由行車試驗結果可知，在單車不同行車速度10km/h、20km/h 和30km/h 作用下，換算成標準車列后，實測的跑車沖擊系數分別為1.04、1.04 和1.06，按《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004) 中沖擊系數μ 的計算公式計算： 當1.5Hz≤f≤14Hz， 則1+μ=1+(0.1767lnf-0.0157)=1.20(這里 取橋面豎向一階理論頻率)，可知實測沖擊系數均小于規范值。

3 結論

綜合以上檢測結果， 各控制截面在試驗工況荷載作用下，截面均未出現明顯異常反應，表明箱梁整體受力能夠滿足公路-I 級設計荷載等級要求。